《离子型聚合反应》课件

离子型聚合反应高选择性聚合方法课程概述基本概念离子聚合的基础理论聚合类型阴离子与阳离子聚合活性特点活性聚合物的关键属性实际应用离子聚合的历史年11953Ziegler在常温低压下制得PE年21956Szwarc发现活性聚合物现今3离子聚合自由基聚合vs活性中心反应条件聚合物结构离子型vs自由基温度、压力差异大离子聚合的基本特征高选择性可控分子量立构规整性12特定单体的定向反应精确调控聚合度离子聚合的类型阴离子聚合阳离子聚合电子富集单体电子缺乏单体阴离子聚合概述特点高活性、可控性强定义适用单体生长链端带负电荷含吸电子基团单体213阴离子聚合的引发剂碱金属纳、钾、锂有机金属丁基锂电子转移钠萘阴离子聚合机理引发形成阴离子活性中心增长单体连续加成终止加入终止剂或杂质阴离子聚合的动力学时间转化率反应速率=k[M][I]单体浓度与引发剂浓度双重影响活性阴离子聚合定义链端持续活跃特性无自发终止反应应用嵌段共聚物制备活性阴离子聚合的条件环境控制1无水无氧温度条件2通常低温进行纯度要求3高纯单体和溶剂阴离子聚合的单体选择乙烯基单体环状单体杂环单体苯乙烯、丙烯腈环氧化物、内酯环状亚胺、环状硅氧烷苯乙烯的阴离子聚合引发剂丁基锂溶剂四氢呋喃、环己烷温度-78℃至室温特点窄分子量分布丙烯腈的阴离子聚合机理1加成聚合结构2高度立构规整特性3耐热性好甲基丙烯酸甲酯的阴离子聚合单体活化链增长1引发剂作用有序加成2产物分离链终止43提纯处理加入终止剂环氧化物的开环聚合环氧基团活化负离子攻击环打开形成醇盐链增长连续开环加成聚醚形成高分子量聚合物己内酰胺的阴离子聚合反应条件产品应用生产规模高温、碱性催化尼龙6纤维大规模工业化阴离子聚合的溶剂效应极性溶剂非极性溶剂促进离子分离离子对紧密结合加速反应速率降低反应活性阴离子聚合的温度效应温度℃分子量万低温有利于控制分子量抑制副反应发生阳离子聚合概述定义特点对比生长链端带正电荷反应速率快，链转移多与阴离子聚合条件、机理差异大阳离子聚合的引发剂质子酸硫酸、三氟甲磺酸Lewis酸AlCl₃、BF₃氧化剂AgClO₄阳离子聚合机理碳正离子形成引发剂攻击单体链增长单体加成到活性中心链转移转移到单体或溶剂终止β-H消除或负离子加成阳离子聚合的动力学时间转化率反应速率=k[M][I*]温度降低常提高转化率活性阳离子聚合条件特点应用123超低温、高纯度链终端长期保持活性聚异丁烯的精确合成阳离子聚合的单体烯烃类双烯类杂环类异丁烯、α-甲基苯乙烯异戊二烯、丁二烯四氢呋喃、环氧乙烷异丁烯的阳离子聚合引发体系BF₃·H₂O溶剂二氯甲烷温度-80℃至-30℃应用丁基橡胶、粘合剂乙烯基醚的阳离子聚合单体特点聚合机理12含供电子基团快速阳离子加成应用领域聚合物性质43粘合剂、涂料柔软、低玻璃化温度四氢呋喃的开环聚合环打开链增长链终止氧原子被质子化连续开环加成加入终止剂阳离子聚合的共聚反应单体活性差异大难以制备均一共聚物阳离子聚合中的链转移转移到单体转移到溶剂转移到聚合物生成支化结构分子量降低形成支链或交联阳离子聚合的立构规整性控制温度低温有利于立构规整溶剂极性对构型有影响反离子影响活性中心周围环境立构控制剂添加特定助剂离子聚合的活性中心接触离子对离子紧密结合溶剂分离离子对自由离子溶剂分子介入完全分离状态反离子的作用聚合速率1影响活性中心反应性链端稳定性2决定活性持续时间立体选择性3影响加成立体化学溶剂化效应10×5×2×反应速率离子解离链活性极性溶剂可增加提高离子对分离延长活性中心寿命离子聚合的立体化学等规聚合物同一构型重复间规聚合物交替构型无规聚合物随机构型活性聚合物的特点窄分子量分布可控分子量12多分散性指数接近1与引发剂用量成反比3结构设计可合成各种拓扑结构活性聚合物的应用嵌段共聚物星形聚合物接枝聚合物热塑性弹性体特种润滑剂增容剂、相容剂离子聚合的工业应用合成橡胶工程塑料1丁基橡胶、SBS高性能尼龙2功能材料特种聚合物43高分子电解质医用材料聚异丁烯的工业生产工艺类型低温阳离子聚合催化剂AlCl₃/HCl反应温度-95℃至-70℃应用领域粘合剂、密封胶丁基橡胶的合成配方组成生产工艺产品特性异丁烯97-98%低温溶液聚合气密性好异戊二烯2-3%-100℃左右耐老化、耐化学品离子聚合在医药领域的应用可降解聚合物药物传递医用植入物聚乳酸、聚己内酯聚合物胶束、纳米粒人工关节、心脏瓣膜离子聚合在新材料开发中的作用工程塑料功能性聚合物智能材料高强度、耐热导电、光学性能响应外界刺激离子聚合反应器设计温度控制精密制冷系统气氛保护氮气或氩气环境搅拌系统高效均匀混合进料控制精确计量系统离子聚合的安全性考虑引发剂易燃易爆、遇水反应低温系统液氮、干冰处理安全溶剂大多易燃有毒环保废弃物处理标准离子聚合产品的表征GPC分子量及分布NMR分子结构分析DSC热性能表征阴离子聚合的最新研究进展新型催化剂1有机催化体系光控聚合2光激发引发系统可控聚合3精确分子设计环境友好4绿色溶剂体系阳离子聚合的前沿技术可见光催化温和条件、能源节约光引发无需低温、绿色工艺离子聚合在纳米材料合成中的应用纳米粒子修饰活性聚合物包覆复合材料聚合物/纳米粒子混合自组装结构嵌段共聚物形成纳米结构环境友好型离子聚合水相体系可回收催化剂生物基单体水作为反应介质固载型催化体系可再生资源来源离子聚合与其他聚合方法的结合离子自由基离子配位--12双重活性中心立构选择性提高光化学辅助阴阳离子串联43时空可控聚合特殊拓扑结构离子聚合在功能材料中的应用形状记忆材料响应材料温度响应材料pH可恢复初始形状酸碱环境变化热敏性能变化高分子建筑学与离子聚合梳状聚合物主链带多侧链超支化聚合物三维支化结构树枝状聚合物规则分支结构离子聚合在能源材料中的应用锂电池隔膜聚烯烃多孔膜质子交换膜全氟磺酸聚合物离子聚合技术的工业化挑战经济效益1成本控制工艺放大2热质传递问题安全控制3危险化学品处理设备投资4特殊材质要求高离子聚合的计算机模拟分子动力学反应动力学12分子行为预测聚合过程模拟3量子化学计算活性中心精确描述离子聚合在生物医学中的前景组织工程靶向药物再生医学仿生多孔支架智能传递系统细胞生长环境离子聚合的未来发展方向绿色化智能化精准化多功能化环境友好工艺自动控制系统分子精确设计复合性能材料总结离子聚合的优势与局限性优势局限性•高度可控聚合过程•苛刻反应条件要求•精确分子结构设计•对杂质高度敏感•独特拓扑结构可行•部分单体不适用问题与讨论理解检查离子聚合类型对比应用思考工业化实现路径前沿探索未来研究方向综合练习反应机理分析。